Синхронизирано сърфиране на самоходни частици

С амоходните обекти могат да се движат в хипнотизиращи модели. Колективните движения на групи такива обекти обикновено се случват в един от двата режима на потока: инерционен режим – пример са въртящите се стада риби във водата - или вискозен режим - гъмжащи колонии бактерии в слуз. Някои самоходни обекти могат да се движат и в двата режима на потока - възможност, която е по-малко проучена.

Today's double feature: What can the ''Synchronized Surfing of Self-Propelled Particles'' teach us about active matter? Check out the beautiful work from @FluidDanamics -> Experiment: https://t.co/quoyRx7aqV and Theory https://t.co/T5AhGlTEco. Both featured in @PhysicsMagazine! pic.twitter.com/muq6JXWlnl

— Physical Review Fluids (@PhysRevFluids) November 7, 2023

Даниел Харис от университета Браун, Роуд Айлънд, и колегите му са изследвали движението на нова система от самоходни обекти, които се движат в този междинен режим, откривайки, че обектите се организират в няколко различни и регулируеми модели на движение. Изследователите казват, че техните сърфиращи частици могат да служат като универсален, достъпен модел на система за разработване на по-подробно разбиране на активната материя в режим на междинен поток.

Екипът разгледал пластмасови сърфиращи частици с милиметров размер, плаващи на повърхността на вертикално вибриращ басейн, съдържащ смес от вода и глицерол. Частиците приличали на миниатюрни, правоъгълни лодки и имали неравномерно разпределение на теглото по дължината им. Тези с по-тежки кърми, отколкото носове, се поклащали нагоре-надолу като люлки, докато течната повърхност вибрирала. Вълните, които след това се образували около носа и кърмата на всяка частица, имали различни амплитуди, като кърмата създавала вълни с по-високи амплитуди.

Когато в басейна имало само една частица, тези несъответстващи амплитуди я задвижвали в посоката на носа ѝ. Когато имаше две частици близо една до друга, взаимодействието между вълните им ги карало или да се отблъскват една друга, така че да се движат в противоположни посоки, или да се събират, така че заедно да проследят един от седемте различни модела.

Екипът наблюдавал групи от до осем частици, откривайки подобни колективни поведения. Екипът също така разработил математически модел, който обяснява това поведение.